Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Двухэлектродные лампы (диоды)

Изображения на электрических схемах двухэлектродных электронных ламп приведены на рисунке 5, где а – диод прямого накала, б – диод косвенного накала, в – двуханодный диод косвенного накала г – упрощенное изображение без подогревателя. В зависимости от назначения и области применения различают следующие типы вакуумных диодов: диоды для выпрямления переменного напряжения с целью использования в системах электропитания (кенотроны) и высокочастотные выпрямительные диоды. Основные параметры вакуумных диодов: напряжение накала номинальное, наибольшее и наименьшее допустимые; ток накала; максимально допустимое обратное напряжение (плюсом на катоде, минусом на аноде); максимально допустимый выпрямленный или импульсный ток; падение напряжения в прямом направлении при определенном токе; максимально допустимая температура баллона лампы. Для высокочастотных диодов важнейший параметр – горячая (то есть, при наличии накала) емкость анод – катод. Для диодов косвенного накала имеет значение максимально допустимое напряжение катод – подогреватель, а также сопротивление между этими электродами у горячей лампы.

Вакуумные диоды, как и другие электронные лампы, изготавливают в цилиндрических баллонах из специального электровакуумного стекла. Для электрической связи электродов лампы с внешними цепями имеются металлические выводы, впаянные в торцы баллона. Этими выводами лампа вставляется в специальную панельку. Размеры баллонов, количество и размеры выводов электровакуумных приборов стандартизованы.

Статические вольт-амперные характеристики отклоняются от теоретических, которые описываются законом трех вторых. Отличия следующие:

1) восходящие участки характеристик, снятые при разных накалах катода, идут веерообразным расходящимся пучком, в то время как теоретические характеристики все совпадают;

2) действительные характеристики идут более полого, чем это следует по закону трех вторых;

3) переход к режиму насыщения в действительных характеристиках происходит постепенно, кривые плавно загибаются вместо резкого перехода к насыщению;

4) ток в области насыщения не остается постоянным, но с ростом анодного напряжения более или менее увеличивается.

Рассмотрим более подробно отдельные участки реальных характеристик диода.

На начальном участке характеристики при нулевом напряжении между анодом и катодом в замкнутой цепи анод – катод протекает начальный ток, обусловленный ненулевыми начальными скоростями вылетающих из катода электронов. Для того, чтобы ток прекратился, нужно к аноду приложить некоторый отрицательный потенциал (обычно не более 1,5 – 2 В).

Сдвиг начального участка характеристики относительно оси ординат зависит от контактной разности материалов катода и анода. Если работа выхода у материала анода больше, чем у материала катода, то между катодом и анодом возникает тормозящее поле даже в тех случаях, когда внешнего поля нет, вследствие чего характеристика смещается правее. В лампах с активированными катодами в процессе эксплуатации анод постепенно покрывается распыляющимся материалом катода, и работа выхода анода уменьшается, из-за этого начальный участок характеристики постепенно дрейфует влево.

На начальный участок характеристики влияет также магнитное поле тока накала. Под действием этого поля траектории движения электронов от катода к аноду искривляются в сторону положительного конца катода вплоть до попадания на этот конец катода. Это явление называется магнетронным эффектом. Для ослабления магнетронного эффекта применяют такие конструкции нитей накала ламп, в которых магнитные поля разных частей подогревателя взаимно компенсируются.

На восходящем участке характеристики, где лампа работает в режиме объемного заряда, размеры активной части катода зависят от интенсивности накала. При слабом накале катод имеет большие охлажденные концы и его рабочая длина и, следовательно, действующая поверхность меньше геометрических размеров. Поэтому характеристика идет более полого, чем при нормальном накале или перекале. Неравномерность распределения температуры по катоду является также причиной плавного перехода от режима объемного заряда к режиму насыщения.

Ток накала, проходящий по катоду прямого накала, создает падение потенциала по его длине, вследствие чего потенциал разных точек катода неодинаков и постепенно возрастает при переходе от отрицательного конца катода к положительному. Из-за этого потенциал разных участков катода относительно анода различен, поэтому характеристика идет ниже, чем теоретическая (при условии, что с минусом источника анодного напряжения соединен плюс источника накала). В лампе с катодом косвенного накала катод имеет эквипотенциальную поверхность.

Отклонения характеристики в области насыщения от теоретической вызваны эффектом Шоттки и выражаются в том, что напряжение анод – катод на участке насыщения не постоянно, а возрастает с большей или меньшей скоростью. У вольфрамового катода это возрастание напряжения мало, у торированного заметно больше, а у оксидного вообще при допустимых токах катода участок насыщения не достигается.

Линейные размеры электродов и расстояния между ними выдерживаются в процессе производства ламп с конечной точностью, поэтому и параметры ламп имеют разброс.

На статической характеристике диода определяют крутизну характеристики

S = dI a/dUa , А/В,

 

и обратное крутизне внутреннее сопротивление

Ri = 1/S = dUa / dIa , Ом,

а также сопротивление лампы постоянному току

R0 = Ua / Ia, Ом.

При работе в электрической цепи электронная лампа превращает мощность электрического тока в тепловую мощность и рассеивает ее в окружающем пространстве. Электрон, вылетающий из катода, движется к аноду в его электрическом поле, при этом он ускоряется и приобретает кинетическую энергию 0,5mv2 = eUa. При попадании на анод эта энергия превращается в тепловую. Если за одну секунду на анод попадает n электронов, то их энергия равна neUa. Так как ne = Ia, то энергия, выделяющаяся на аноде в виде тепла за одну секунду, то есть, тепловая мощность

Pa = Ia Ua.

В отличие от металлического проводника, тепловая мощность в котором описывается тем же соотношением, в электронной лампе мощность выделяется на аноде. Эта мощность должна быть рассеяна в окружающем пространстве. У приемно-усилительных ламп анод находится в вакуумном баллоне, поэтому теплообмен со средой происходит почти исключительно путем излучения согласно закону Стефана-Больцмана. Излучаемая единицей поверхности тепловая мощность

Paq = ST4, Вт /м2,

где - коэффициент лучеиспускания, - постоянная Больцмана, Т –абсолютная температура.

Этот закон справедлив для абсолютно черного тела и достаточно точно соблюдается для реальных объектов. Значение коэффициента лучеиспускания различно для разных материалов и различных видов обработки их поверхностей. Например, у абсолютно черного тела =1, железо оксидированное имеет =0,95, у того же железа с белой поверхностью =0,35, а у полированного железа коэффициент лучеиспускания снижается до 0,25.

В установившемся режиме выделяющаяся на аноде тепловая мощность полностью рассеивается в окружающей среде, и температура анода определяется его лучеиспускательной способностью. Очевидно, при неизменной рассеиваемой мощности температура перегрева анода будет тем выше, чем меньше его излучающая поверхность. Допустимая температура нагрева анода зависит от свойств материала анода. С повышением температуры из анода начинается термоэлектронная эмиссия, искажающая характеристики прибора, усиливается выделение растворенных в металле газов, возможны деформация анода и разрушение контактирующих с ним изоляционных деталей. В лампах с активированными, в частности, с оксидными катодами допустимая температура анода определяется не свойствами материала анода, а условиями нормальной работы катода. Анод, нагретый до высокой температуры, вследствие лучеиспускания подогревает катод, который перегревается и может потерять эмиссию. Поэтому для нормальной работы катода температура анода должна быть значительно ниже температуры катода. При температуре оксидного катода 100 – 1100 К нагрев анода не должен превышать 600 К. Для эффективного охлаждения анода при таких температурах особое значение имеет коэффициент лучеиспускания. Основные тепловые параметры некоторых материалов, применяемых для изготовления деталей электровакуумных приборов с естественным охлаждением, приведены в таблице 3.

 

Таблица 3

Материал Тмакс, К Руд макс. Вт/см2
Никель белый 0,20…0,22 970..1050 1…1,5
Молибден белый 0,24…0,29 1350…1400 4…6
Тантал белый 0,20…0,28 1550…1600 8…9
Никель черненый 0,52…0,60 950…1050 2,8…4,2
Графит 0,68…0,80 950…1050 4…6

 

 

На рисунке 6 изображена принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя переменного напряжения с помощью двуханодного кенотрона. Трансформатор TV преобразует переменное напряжение питающей сети во вторичные напряжения. Верхняя по схеме вторичная обмотка трансформатора имеет отвод от средней точки и подает подлежащее выпрямлению напряжение на аноды кенотрона. Выпрямленное напряжение снимается с общего катода кенотрона и подается на конденсаторный фильтр Сф и на сопротивление нагрузки Rн. Напряжение для подогрева катода кенотрона подводится к его подогревателю от низковольтной накальной обмотки трансформатора.

Следует указать недостатки устройства по рис. 6 в сравнении с выпрямителем на полупроводниковых диодах. Ламповый выпрямитель проигрывает в массе и габаритах, в коэффициенте полезного действия, имеет большее внутреннее сопротивление и вследствие этого больший уровень пульсаций выпрямленного напряжения в такой же схеме фильтра, лампе нужен источник мощности накала. Поэтому в настоящее время выпрямители на кенотронах не применяются.

В таблице 4 приведены параметры некоторых вакуумных диодов малой мощности.

 

Таблица 4

Тип диода Число анодов Uн Iн, А Iа макс, мА Uобр макс, кВ Iвыпр макс, мА
1Ц11П   1,2 0.2     0,3
5Ц3С         1,7  
5Ц4С         1,35  
6Ц4П   6,3 0,6   1.0  

 

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Прохождение тока в вакууме | Трехэлектродные электронные лампы (триоды)
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 1364; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.026 сек.